Anwendungen für Open Source Microplate-Compatible Illumination Panels
Summary
Microplate Assistive Pipetting Light Emitter (M.A.P.L.E.) ist ein computergesteuertes Gerät, das Mikrotiterbrunnen systematisch beleuchtet, um Anleitungen für die manuelle Herstellung von Mikroplatten zu bieten. M.A.P.L.E. verbessert die Genauigkeit der Mikroplattenvorbereitung bei der Automatisierung der Datenaufzeichnung. Darüber hinaus kann es bei der Untersuchung der Mikroplattenqualität oder bei der Erkennung von Fehlern helfen.
Abstract
Mikroplatten werden häufig in der modernen Laborumgebung für eine Vielzahl von Aufgaben sowohl in kleinen Labor-Tischoperationen als auch in groß angelegten High-Throughput-Screening-Kampagnen (HTS) eingesetzt. Obwohl die Laborautomatisierung den Nutzen von Mikroplatten erheblich erhöht hat, gibt es immer noch Fälle, in denen automatisierungsbasierte Instrumentierung nicht möglich, kostengünstig oder kompatibel mit den Anforderungen an die Mikroplattenformatierung ist. In diesen Fällen müssen Mikroplatten manuell hergestellt werden. Problematisch für manuelle Mikroplattenmanipulationen ist, dass eine Reihe von Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der genauen Verfolgung von Probenoperationen, der Aufzeichnung von Datensätzen und der Qualitätskontrolle (QC) auf Brunnenartefakte oder Formatierungsfehler auftreten können. Mit zunehmender Mikroplattenbrunnendichte (d.h. 96-Well, 384-well, 1536-well) steigt auch das Potenzial zur Fehlereinführung drastisch. Darüber hinaus besteht für kleine Laboroperationen an der Spitze die Notwendigkeit, die Einfache und Genauigkeit der Probenhandhabung kostengünstig zu verbessern. Dabei beschreiben wir ein System, das als halbautomatische Pipettierführung fungiert, die als Microplate Assistive Pipetting Light Emitter (M.A.P.L.E.) bezeichnet wird. M.A.P.L.E. hat mehrere Anwendungen zur Unterstützung der Compound-Hit-Picking und Mikroplatten-Vorbereitung für die Assay-Entwicklung in High-Throughput-Screening- oder Labor-Tischoperationen sowie QC/Qualitätssicherung (QS) diagnostische Bewertung von Mikroplatten Qualität oder gut formatierende Fehler.
Introduction
Wie kürzlichveröffentlicht 1, hat das Lead Identification Laboratory bei Scripps Research2 ein Open-Source-Beleuchtungspanel für die Mikroplattenvorbereitung entwickelt und veröffentlicht, das als Microplate Assistive Pipetting Light Emitter (M.A. P.L.E.). Die manuelle Herstellung von Mikroplatten, ob sie für das Compound-Management oder bio-assay-Bedürfnisse gemacht werden, kann anfällig für menschliche Fehler sein, die drastisch erhöhen sowie die Dichte der Mikroplatte erhöht. Darüber hinaus ist die ordnungsgemäße Aufzeichnung und Datenprotokollierung von Mikroplatteninhalten/-formaten auch anfällig für manuelle Eingabefehler. In Automatisierungseinrichtungen für Hochdurchsatz-Screening (HTS) werden diese Probleme durch den Einsatz computergesteuerter Roboterarbeitsplätze, die in die automatisierte Datenbankaufzeichnung integriert sind, gemildert. Minimierung manueller Manipulationen und Reduzierung des Potenzials von Formatierungs- und Datenaufzeichnungsfehlern. Es gibt jedoch nach wie vor viele Fälle, in denen automatisierungsbasierte Instrumentierung einfach nicht möglich oder kompatibel mit den Anforderungen an die Mikroplattenformatierung ist, was manuelle Eingriffe erfordert. Darüber hinaus ist es notwendig, kleine Laboroperationen zu unterstützen, die kompakte und kostengünstige halbautomatische Geräte erfordern, um ihren Durchsatz, ihre Genauigkeit und die Automatisierung der Datenaufzeichnung der Mikroplattenvorbereitung zu verbessern.
Während andere Mikroplatten-Beleuchtungssysteme existieren, sind sie proprietäre kommerzielle Lösungen3,4,5,6,7 beschränkt auf ausgewählte Mikroplattenformate und ihre proprietären Closed-Source-Natur verhindert benutzergesteuerte Änderungen, die die Anpassung dieser Geräte für spezielle Operationen ermöglichen würden. M.A.P.L.E. wurde entwickelt, um ein kostengünstiges Open-Source-Gerät zu sein, mit Quellcode und allen Design-Dateien kostenlos online8. Benutzer mit Kenntnissen der Oberflächenmontage-Löttechniken können ihre eigenen M.A.P.L.E.-Geräte mit den auf GitHub verfügbaren Code- und Designdateien zusammenstellen oder die mitgelieferten Leiterplatten-Designs (PCBs) ändern, 3D-Druckgehäuse computerunterstützt CAD-Modelle und Code, um ihren spezifischen Anforderungen gerecht zu werden. Eine vollständige Liste der Teile, die für die Herstellung der Lichtleiterplatten benötigt werden, finden Sie in den Ergänzungstabellen 1 und 2 und weitere Details zur Gestaltung und Umsetzung der Lichtpaneele finden Sie in der kürzlich veröffentlichten Dokumentation1. Benutzer, die vormontierte Lichtleiterplatten basierend auf den Open-Source-Dateien kaufen möchten, finden sie onlinegelistet 9.
M.A.P.L.E. bietet dem Anwender ein leicht steuerbares Beleuchtungspanel, das über einen mikroplattenbasierten Fußabdruck und LED-zu-LED-Abstand verfügt, der auf die Society for Biomolecular Screening (SBS)-Spezifikationen für Mikroplatten10abgestimmt ist. M.A.P.L.E. wurde entwickelt, um 96- und 384-Well-Dichte-Mikroplatten zu unterstützen und es Benutzern zu ermöglichen, Brunnen in jeder gewünschten Konfiguration, Farbe und Intensität zu beleuchten. Diese Leuchtplatten können verwendet werden, um Mikroplatten für Pipettiervorgänge zu beleuchten11, um Laborformatierungsoperationen oder Instrumente wie einen Mikroplattenleser12,13 für Bildung und Demonstration zu simulieren Zwecke. Die Open-Source-Natur des Projekts ermöglicht es Benutzern, die Panels, Firmware oder grafische Benutzeroberfläche (GUI) Software leicht zu ändern, um jede neue gewünschte Funktionalität zu unterstützen. Anleitung und Datensatzführung sind computergesteuert und können in Tabellenkalkulationen integriert oder in ein Datenbanksystem portiert werden. Da M.A.P.L.E. für die Arbeit mit durch Klartextkomma getrennten Dateien entwickelt wurde, kann jede Kalkulationstabelle oder Datenbanksoftware, die CSV-formatierte Dateien importieren oder exportieren kann, problemlos auf die Arbeit mit M.A.P.L.E. erweitert werden. Darüber hinaus neigt das für dieses System konzipierte Projektgehäuse die Mikroplatte während des Pipettiervorgangs zum Benutzer, wodurch die Ergonomie erhöht wird, indem es dem Benutzer auf dem Labortisch eine natürlichere Körperhaltung bietet. Zu den spezifischen betrieblichen Merkmalen des M.A.P.L.E.-Systems gehören: (i) Erleichterung der Compound-Management-Bemühungen bei der Vorbereitung kundenspezifischer Platten durch Beleuchtung von Handgut und Ziel gut über Mikroplatten für manuelle Pipettierführung; durch ein Computerskript unterstützt, das als elektronischer Datensatz nach Abschluss gespeichert werden kann. ii) M.A.P.L.E. kann eine beliebige Anzahl von Brunnen über Mikroplattenreihen oder -säulen hinweg beleuchten; die sich ideal für eine schnelle serielle Verdünnungsführung oder platzierung ausgewählter Replikationssteuerungen eignet. (iii) M.A.P.L.E. kann in einem Demonstrationsmodus verwendet werden, um den Schulungsbedarf im Labor zu erleichtern oder Formatierungsanforderungen in Bezug auf Proben- und Kontrollplatzierungen oder dedizierte Brunnennutzung (z. B. Barrierelücke für Kantenauswirkungen) hervorzuheben. iv) M.A.P.L.E. kann transparente/transluzente Brunnen hinterlichten, um die Visualisierung von Artefakten wie Niederschlag/Kristallisation, Blasen, Brunnenheterogenität, leere Brunnen zu ermöglichen; die es dem Endbenutzer auch ermöglicht, Plattenbilder für Dokumentationsanforderungen einfach zu fotografieren
Protocol
Representative Results
Discussion
Durch die Veröffentlichung von M.A.P.L.E. als Open-Source-Plattform haben wir ein Labortool eingeführt, das Nützlichkeit bietet, aber auch leicht erweitert werden kann, um den sich entwickelnden Anforderungen des Endbenutzers gerecht zu werden. Die Herstellung von Benchtop-Mikroplattenproben ist eine häufige Aufgabe, die in einer Vielzahl von Laborumgebungen durchgeführt wird, und diese Aufgabe kann mit einer Technologie wie M.A.P.L.E. nachweislich verbessert werden.
Die M.A.P.L.E.-Plattf…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren würdigen Lina DeLuca, Fakhar Singhera, Hannah Williams, Lynn Deng, Osinachi Nwosu und Sarah Wachtman für ihre Unterstützung beim Testen der M.A.P.L.E.-Plattform.
Materials
| 96 or 384 well microplate | https://en.wikipedia.org/wiki/Microplate | ||
| Microplate Assistive Pipetting Light Emitter | Open source | https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter | |
| Pipettor | https://www.jove.com/science-education/5033/an-introduction-to-the-micropipettor | ||
| Spectrometer | Ocean Optics | USB-650 Red Tide |
Riferimenti
- Baillargeon, P., et al. Design of Microplate-Compatible Illumination Panels for a Semiautomated Benchtop Pipetting System. SLAS TECHNOLOGY: Translating Life Sciences Innovation. , (2019).
- Baillargeon, P., et al. The Scripps Molecular Screening Center and Translational Research Institute. SLAS DISCOVERY: Advancing Life Sciences R&D. 24 (3), 386-397 (2019).
- . Pipetting Aid PlatR Available from: https://biosistemika.com/products/pipetting-platr/ (2019)
- Gilson Trackman Pipetting Tracker. Daigger Scientific Available from: https://www.daigger.com/gilson-trackma-pipetting-tracker-i-gsnf70301 (2019)
- TRACKMAN Connected US. Gilson Available from: https://www.gilson.com/default/systemm-trackman-connected-us.html (2019)
- 96 well plate pipette light guide. qit vision Available from: https://www.qitvision.com/projects/#Plate (2019)
- . Microplate Assistive Pipetting Light Emitter GitHub repository Available from: https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter (2019)
- Hawker, C. D., Schlank, M. R. Development of Standards for Laboratory Automation. Clinical Chemistry. 46, 746-750 (2000).
- . General Laboratory Techniques. An Introduction to the Micropipettor. JoVE Science Education Database. , (2019).
- . General Laboratory Techniques. Introduction to the Spectrophotometer. JoVE Science Education Database. , (2019).
- . General Laboratory Techniques. Introduction to the Microplate Reader. JoVE Science Education Database. , (2019).
